CN108089082A - 高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，它的第一暂态电流传感器和第二暂态电流传感器的传感线圈均套在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，第一暂态电流传感器的信号输出端连接多通道示波器的测量通道输入端，第二暂态电流传感器的信号输出端连接多通道示波器的触发通道输入端，多通道示波器的录波数据输出端连接第一网口光纤转换器的网口，第一网口光纤转换器的光口连接第二网口光纤转换器的光口，第二网口光纤转换器的网口连接工控机的第一网口，工控机的第二网口连接上位机的第一网口，中性母线电压光数据采集器的信号输出端连接上位机的第二网口。本发明能通过提前预防减少中性母线避雷器无征兆事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器性能评估技术领域，具体地指一种高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统及方法。
背景技术
高压直流输电以其输电容量大、传输距离远、调控灵活、损耗低及节省输电架线走廊等优点成为跨区域输电的首选，我国目前已建设了多条不同电压等级的长距离直流输电线路。高压直流输电系统在发生类似甩负荷、上部阀组换流变压器直流绕组侧接地故障、逆变器单个阀闭锁或局部误触发等状况时都会产生不同幅值和不同频率的暂态过电压，因此高压直流输电系统离不开过电压保护装置。
直流避雷器是直流输电系统中过电压保护的主要设备并起着重要作用。直流避雷器需要吸收比交流避雷器大的多的能量，一般单柱阀片结构的避雷器难以满足要求，需要采用多柱并联来实现能量吸收。这使得各个并联阀片柱之间能否均匀分担吸收能量显得尤为重要。目前在高压直流线路运行的过程中，多个换流站都出现了多柱并联中性母线避雷器被击穿和损坏的情况，如“两渡”直流输电工程在系统调试及运行过程中发生了多起中性母线避雷器故障事件，在其他直流输电工程中也已多次出现过类似情况，但其故障原因仍未彻底查明。目前国内外对于高压直流中性母线并联避雷器的性能和故障机理均未开展深入研究，高压直流输电工程依然存在因中性母线避雷器故障导致的闭锁或停运隐患，严重影响整个电力网络运行的安全可靠性。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统及方法，实现对避雷器运行状态的在线监测及性能评估，通过提前预防减少中性母线避雷器无征兆事故发生，改善直流输电系统的运行可靠性并有效降低系统因中性母线避雷器故障导致的闭锁和强迫停运次数，提高直流系统运行的安全稳定性。
为实现此目的，本发明所设计的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：它包括现场暂态电流信号采集单元、中性母线电压光数据采集器和上位机，所述现场暂态电流信号采集单元包括第一暂态电流传感器、第二暂态电流传感器、多通道示波器、第一网口光纤转换器、第二网口光纤转换器和工控机，其中，所述第一暂态电流传感器和第二暂态电流传感器的传感线圈均套在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，所述第一暂态电流传感器的信号输出端连接多通道示波器的测量通道输入端，第二暂态电流传感器的信号输出端连接多通道示波器的触发通道输入端，多通道示波器的录波数据输出端连接第一网口光纤转换器的网口，第一网口光纤转换器的光口连接第二网口光纤转换器的光口，第二网口光纤转换器的网口连接工控机的第一网口，工控机的第二网口连接上位机的第一网口，中性母线电压光数据采集器的信号输入端用于连接避雷器中性母线分压器备用信号光纤，中性母线电压光数据采集器的信号输出端连接上位机的第二网口。
一种上述系统的高压直流中性母线避雷器性能在线监测方法，其包括如下步骤：
步骤1：第一暂态电流传感器、第二暂态电流传感器分别对避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流进行实时监测，其中，第一暂态电流传感器用于采集避雷器泄漏电流测量表具的暂态电流，第二暂态电流传感器用于在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流超过阈值时向多通道示波器提供外部触发信号，触发多通道示波器对第一暂态电流传感器输出的电流信号进行录波；
步骤2：当避雷器动作时，流经避雷器的暂态电流超过阈值，第二暂态电流传感器向多通道示波器提供外部触发信号，多通道示波器对第一暂态电流传感器输出的电流信号进行录波；
步骤3：工控机读取多通道示波器中的录波数据和波形位图数据，并将录波数据和波形位图数据传输给上位机；
步骤4：中性母线电压光数据采集器将避雷器中性母线分压器备用信号光纤输出的光纤信号转换成以太网信号，并提取电压有效值，该电压有效值为避雷器动作时的电压；
步骤5：中性母线电压光数据采集器将电压有效值传输给上位机；
步骤6：上位机对接收的录波数据、波形位图数据和电压有效值进行存储，供研究人员分析。
本发明的有益效果：
1、本发明中，多通道示波器在高压直流系统中性母线避雷器动作时自动启动实时录波功能，高精度采集中性母线避雷器暂态电流和暂态电压，并依据系统实际运行方式对实际运行避雷器的暂态数据进行自动分析，生成报表和波形；
2、本发明中，基于采集的高压直流系统中实际运行的中性母线避雷器暂态电流和暂态电压，自动统计中性母线避雷器的动作次数，计算与分析避雷器的过电压耐受、能量耐受及均流特性；
3、本发明中，上位机(后台监控系统)采用直观易识别的图形化界面，通过点击中性母线避雷器图形模块可对单柱避雷器的动作次数、能量耐受情况及暂态电流波形进行查看与分析，也可对所监测的多柱并联避雷器暂态电流、电压波形进行整组对比查看与分析；
4、本发明中，能对多柱并联中心母线避雷器运行状态的在线监测和性能评估，可通过提前预防减少中性母线避雷器无征兆事故发生，改善直流输电系统的运行可靠性并有效降低系统因中性母线避雷器故障导致的闭锁和强迫停运次数，提高直流系统运行的安全稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中多通道暂态电流录波采集原理图。
其中，1—现场暂态电流信号采集单元、1.1—第一暂态电流传感器、1.2—第二暂态电流传感器、1.3—多通道示波器、1.4—第一网口光纤转换器、1.5—第二网口光纤转换器、1.6—工控机、2—中性母线电压光数据采集器、3—上位机、4—第一隔离屏蔽变压器、5—第二隔离屏蔽变压器、6—第一接线板、7—第二接线板、8—避雷器中性母线分压器备用信号光纤、9—加法器、10—避雷器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，它包括现场暂态电流信号采集单元1、中性母线电压光数据采集器2和上位机3，所述现场暂态电流信号采集单元1包括第一暂态电流传感器1.1、第二暂态电流传感器1.2、多通道示波器1.3、第一网口光纤转换器1.4、第二网口光纤转换器1.5和工控机1.6，其中，所述第一暂态电流传感器1.1和第二暂态电流传感器1.2的传感线圈均套在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，所述第一暂态电流传感器1.1的信号输出端连接多通道示波器1.3的测量通道输入端，第二暂态电流传感器1.2的信号输出端连接多通道示波器1.3的触发通道输入端，多通道示波器1.3的录波数据输出端连接第一网口光纤转换器1.4的网口，第一网口光纤转换器1.4的光口连接第二网口光纤转换器1.5的光口，第二网口光纤转换器1.5的网口连接工控机1.6的第一网口，实现控制信号与采集信号的光电隔离和控制信号的网口接入，增强现场暂态电流信号采集单元的抗干扰能力，工控机1.6的第二网口连接上位机3的第一网口，中性母线电压光数据采集器2的信号输入端用于连接避雷器中性母线分压器备用信号光纤8，中性母线电压光数据采集器2的信号输出端连接上位机3的第二网口。避雷器中性母线分压器备用信号光纤8接入分压器，分压器测量避雷器电压。
上述技术方案中，它还包括第一隔离屏蔽变压器4、第二隔离屏蔽变压器5、第一接线板6和第二接线板7，第一隔离屏蔽变压器4的输入端连接交流电源，实现控制设备与信号采集设备的供电隔离，从而通过网口光纤转化器实现控制信号与采集信号的光电隔离，同时也保障设备安全，第一隔离屏蔽变压器4的输出端连接第一接线板6的第一接线口，第一接线板6的第二接线口连接第二隔离屏蔽变压器5的输入端，第一接线板6的第三接线口连接工控机1.6的供电端，第二隔离屏蔽变压器5的输出端连接第二接线板7的第一接线口，第二接线板7的第二接线口连接多通道示波器1.3的供电端。
上述技术方案中，第一暂态电流传感器1.1、第二暂态电流传感器1.2均为中性母线避雷器暂态电流传感器，其量程为0～20kA，准确度1％，线性度0.5％，相位误差：≤1°，输出接口为BNC(Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器)接头，响应频率为1Hz～10MHz。
上述技术方案中，所述第一暂态电流传感器1.1和第二暂态电流传感器1.2的传感线圈均为柔性罗氏线圈。柔性罗氏线圈由于没有铁心，它在测量幅值较大的短路电流时,不会像带铁心的CT一样产生磁饱和,从而使输出波形畸变，因此线圈可以测量幅值极高的电流；采用柔性罗氏线圈测量暂态电流时，线圈和被测回路之间没有直接的电的联系，对被测回路的影响较小，也不会消耗被测回路的能量。同时由于它有良好的电磁屏蔽特性，与高压回路有良好的绝缘，同时还具有线性度好，频带较宽，结构简单，无易燃易爆等危险，低压侧无开路、过电压危险，安装方便，易于使用，易于加工等优点。
上述技术方案中，所述工控机1.6的示波器控制信号输出端连接多通道示波器1.3的控制端，工控机1.6用于对多通道示波器1.3进行操作控制，调整设置示波器的幅值刻度、时间刻度和触发规则，并读取多通道示波器1.3中的录波数据和波形位图数据。
上述技术方案中，中性母线电压光数据采集器2将避雷器中性母线分压器备用信号光纤8输出的FT3的光纤信号转换成IEC61850-9-2的以太网信号，并提取电压有效值，即通过中性母线分压器备用信号光纤获取两极中性母线电压信号。
上述技术方案中，所述第一隔离屏蔽变压器4的输入端和输出端的电压均为220V交流。
上述技术方案中，所述第二隔离屏蔽变压器5的输入端和输出端的电压均为220V交流。
上述技术方案中，现场暂态电流信号采集单元1布置在多柱并联中性母线避雷器现场附近，中性母线电压光数据采集器2布置在直流测量光纤配线架柜保护室内。
上述设计方案中，所述第一暂态电流传感器1.1和第二暂态电流传感器1.2均有四个，每个第一暂态电流传感器1.1和第二暂态电流传感器1.2的传感线圈均套在对应的避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，四个第一暂态电流传感器1.1的信号输出端分别连接多通道示波器1.3对应的四个测量通道输入端，四个第二暂态电流传感器1.2的信号输出端均连接加法器9的信号输入端，加法器9的信号输出端连接多通道示波器1.3的触发通道输入端。多通道暂态电流录波采集原理图如图2所示，各柱避雷器10上都采用第一暂态电流传感器1.1和第二暂态电流传感器1.2对暂态电流进行采样，第一暂态电流传感器1.1用于电流数据的采集录波，4路电流采集信号分别接入多通道示波器1.3的通道1、通道2、通道3和通道4。第二暂态电流传感器1.2采集用于提供示波器的外部触发信号，外部触发信号由4路暂态电流采集信号(由四个第二暂态电流传感器1.2提供)通过加法器9相加得到，即当任意一路电流超过设定阈值时，都会触发录波。
一种上述系统的高压直流中性母线避雷器性能在线监测方法，包括如下步骤：
步骤1：第一暂态电流传感器1.1、第二暂态电流传感器1.2分别对避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流进行实时监测，其中，第一暂态电流传感器1.1用于采集避雷器泄漏电流测量表具的暂态电流，第二暂态电流传感器1.2用于在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流超过阈值时向多通道示波器1.3提供外部触发信号，触发多通道示波器1.3对第一暂态电流传感器1.1输出的电流信号进行录波；阈值一般设置为暂态电流峰值的50％左右。
步骤2：当避雷器动作时，流经避雷器的暂态电流超过阈值，第二暂态电流传感器1.2向多通道示波器1.3提供外部触发信号，多通道示波器1.3对第一暂态电流传感器1.1输出的电流信号进行录波；
步骤3：工控机1.6读取多通道示波器1.3中的录波数据和波形位图数据，并将录波数据和波形位图数据传输给上位机3；
步骤4：中性母线电压光数据采集器2将避雷器中性母线分压器备用信号光纤8输出的光纤信号转换成以太网信号，并提取电压有效值，该电压有效值为避雷器动作时的电压；
步骤5：中性母线电压光数据采集器2将电压有效值传输给上位机3；
步骤6：上位机3对接收的录波数据、波形位图数据和电压有效值进行存储，供研究人员分析。
步骤6中，上位机3对接收的录波数据、波形位图数据和电压有效值进行统计分析，统计中性母线避雷器的动作次数，得到避雷器的过电压耐受性能、能量耐受性能和均流特性。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：它包括现场暂态电流信号采集单元(1)、中性母线电压光数据采集器(2)和上位机(3)，所述现场暂态电流信号采集单元(1)包括第一暂态电流传感器(1.1)、第二暂态电流传感器(1.2)、多通道示波器(1.3)、第一网口光纤转换器(1.4)、第二网口光纤转换器(1.5)和工控机(1.6)，其中，所述第一暂态电流传感器(1.1)和第二暂态电流传感器(1.2)的传感线圈均套在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，所述第一暂态电流传感器(1.1)的信号输出端连接多通道示波器(1.3)的测量通道输入端，第二暂态电流传感器(1.2)的信号输出端连接多通道示波器(1.3)的触发通道输入端，多通道示波器(1.3)的录波数据输出端连接第一网口光纤转换器(1.4)的网口，第一网口光纤转换器(1.4)的光口连接第二网口光纤转换器(1.5)的光口，第二网口光纤转换器(1.5)的网口连接工控机(1.6)的第一网口，工控机(1.6)的第二网口连接上位机(3)的第一网口，中性母线电压光数据采集器(2)的信号输入端用于连接避雷器中性母线分压器备用信号光纤(8)，中性母线电压光数据采集器(2)的信号输出端连接上位机(3)的第二网口。
2.根据权利要求1所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：它还包括第一隔离屏蔽变压器(4)、第二隔离屏蔽变压器(5)、第一接线板(6)和第二接线板(7)，第一隔离屏蔽变压器(4)的输入端连接交流电源，第一隔离屏蔽变压器(4)的输出端连接第一接线板(6)的第一接线口，第一接线板(6)的第二接线口连接第二隔离屏蔽变压器(5)的输入端，第一接线板(6)的第三接线口连接工控机(1.6)的供电端，第二隔离屏蔽变压器(5)的输出端连接第二接线板(7)的第一接线口，第二接线板(7)的第二接线口连接多通道示波器(1.3)的供电端。
3.根据权利要求1所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：所述第一暂态电流传感器(1.1)和第二暂态电流传感器(1.2)的传感线圈均为柔性罗氏线圈。
4.根据权利要求1所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：所述工控机(1.6)的示波器控制信号输出端连接多通道示波器(1.3)的控制端，工控机(1.6)用于对多通道示波器(1.3)进行操作控制，调整设置示波器的幅值刻度、时间刻度和触发规则，并读取多通道示波器(1.3)中的录波数据和波形位图数据。
5.根据权利要求1所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：中性母线电压光数据采集器(2)将避雷器中性母线分压器备用信号光纤(8)输出的光纤信号转换成以太网信号，并提取电压有效值。
6.根据权利要求2所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：所述第一隔离屏蔽变压器(4)的输入端和输出端的电压均为220V交流。
7.根据权利要求2所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：所述第二隔离屏蔽变压器(5)的输入端和输出端的电压均为220V交流。
8.根据权利要求1所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测系统，其特征在于：所述第一暂态电流传感器(1.1)和第二暂态电流传感器(1.2)均有四个，每个第一暂态电流传感器(1.1)和第二暂态电流传感器(1.2)的传感线圈均套在对应的避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上，四个第一暂态电流传感器(1.1)的信号输出端分别连接多通道示波器(1.3)对应的四个测量通道输入端，四个第二暂态电流传感器(1.2)的信号输出端均连接加法器(9)的信号输入端，加法器(9)的信号输出端连接多通道示波器(1.3)的触发通道输入端。
9.一种权利要求1所述系统的高压直流中性母线避雷器性能在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：第一暂态电流传感器(1.1)、第二暂态电流传感器(1.2)分别对避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流进行实时监测，其中，第一暂态电流传感器(1.1)用于采集避雷器泄漏电流测量表具的暂态电流，第二暂态电流传感器(1.2)用于在避雷器泄漏电流测量表具的电流输入导线上的暂态电流超过阈值时向多通道示波器(1.3)提供外部触发信号，触发多通道示波器(1.3)对第一暂态电流传感器(1.1)输出的电流信号进行录波；
步骤2：当避雷器动作时，流经避雷器的暂态电流超过阈值，第二暂态电流传感器(1.2)向多通道示波器(1.3)提供外部触发信号，多通道示波器(1.3)对第一暂态电流传感器(1.1)输出的电流信号进行录波；
步骤3：工控机(1.6)读取多通道示波器(1.3)中的录波数据和波形位图数据，并将录波数据和波形位图数据传输给上位机(3)；
步骤4：中性母线电压光数据采集器(2)将避雷器中性母线分压器备用信号光纤(8)输出的光纤信号转换成以太网信号，并提取电压有效值，该电压有效值为避雷器动作时的电压；
步骤5：中性母线电压光数据采集器(2)将电压有效值传输给上位机(3)；
步骤6：上位机(3)对接收的录波数据、波形位图数据和电压有效值进行存储，供研究人员分析。
10.根据权利要求9所述的高压直流中性母线避雷器性能在线监测方法，其特征在于：所述步骤6中，上位机(3)对接收的录波数据、波形位图数据和电压有效值进行统计分析，统计中性母线避雷器的动作次数，得到避雷器的过电压耐受性能、能量耐受性能和均流特性。
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